способ приема сигналов

Формула изобретения

Способ приема сигналов, в соответствии с которым исходные сигналы, выраженные лучами электромагнитных волн, поступающими по соответствующим им направлениям на основной приемный элемент, на базовый вынесенный приемный элемент и на группу дополнительных вынесенных приемных элементов, суммируют в основном приемном элементе посредством одновременных возбуждений в нем этими лучами электрических токов, образуя смесь основных принятых сигналов, одновременно в исходные сигналы вводят взаимные базовые пространственные временные сдвиги, соответствующие углам между направлениями поступления сигналов, и полученные сигналы суммируют в базовом вынесенном приемном элементе, расположенном на общей с основным приемным элементом заданной в пространстве основной базовой прямой линии и на заданном удалении от него, посредством запаздывающих возбуждений лучами электромагнитных волн в базовом вынесенном приемном элементе электрических токов, образуя смесь базовых принятых сигналов, в полученную смесь основных принятых сигналов одновременно вводят группу заданных частотных сдвигов, каждый из которых равен сумме заданного общего и соответствующего заданного дополнительного частотного сдвига, соответственно кратного заданному общему частотному шагу, из каждого полученного сигнала фильтруют группу парциальных сигналов в парциальных частотных диапазонах, более узких, чем общий частотный шаг, затем равноотстоящие по частоте от соответствующих введенных частотных сдвигов парциальные сигналы суммируют, получая соответствующие каждому заданному парциальному частотному диапазону последовательности начальных импульсов, являющихся суммами совпадающих во времени соответствующих исходным сигналам выходных импульсов, отличающийся тем, что одновременно в каждый исходный сигнал вводят группу взаимных дополнительных пространственных временных сдвигов, соответствующих углам между направлениями поступления сигналов, и полученные сигналы суммируют в группе дополнительных вынесенных приемных элементов, расположенных на общей с базовым приемным элементом заданной в пространстве дополнительной базовой прямой линии и с заданным пространственным общим шагом соответственно удаленных от него, посредством запаздывающих возбуждений лучами электромагнитных волн в дополнительных вынесенных приемных элементах электрических токов, образуя группу смесей дополнительных принятых сигналов, в полученную смесь базовых принятых сигналов вводят общий частотный сдвиг и в каждую полученную смесь дополнительных принятых сигналов вводят соответствующий частотный сдвиг, равный сумме заданного общего и соответствующего заданного дополнительного частотного сдвига, пропорционального введенным в сигналы этой смеси дополнительным пространственным временным сдвигам и соответственно кратного заданному общему частотному шагу, из каждого полученного сигнала фильтруют группу парциальных сигналов в парциальных частотных диапазонах, более узких, чем общий частотный шаг, затем равноотстоящие по частоте от соответствующих введенных частотных сдвигов парциальные сигналы суммируют, получая соответствующие каждому заданному парциальному частотному диапазону последовательности амплитудно-модулированных импульсов, образующих временной кадр несовпадающих во времени выходных импульсов, временным сдвигом которых относительно соответствующих начальных импульсов выражены углы между направлениями поступления исходных сигналов и дополнительной базовой линией, и частотой закона амплитудной модуляции которых выражены отклонения несущих частот исходных сигналов от величины введенного общего частотного сдвига.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области передачи информации, связи, радионавигации и радиолокации и предназначено, в частности, для разнесенного в пространстве приема сигналов в избирательных по направлению информационных и навигационных системах.

Известен способ приема сигналов, в соответствии с которым исходные сигналы, выраженные лучами электромагнитных волн, поступающими по соответствующим им направлениям на основной приемный элемент и на базовый вынесенный приемный элемент, суммируют в основном приемном элементе посредством одновременных возбуждений в нем этими лучами электрических токов, образуя смесь основных принятых сигналов, одновременно, в исходные сигналы вводят взаимные базовые пространственные временные сдвиги, соответствующие углам между направлениями поступления сигналов, и полученные сигналы суммируют в базовом вынесенном приемном элементе, расположенном на общей с основным приемным элементом заданной в пространстве основной базовой прямой линии и на заданном удалении от него, посредством запаздывающих возбуждений лучами электромагнитных волн в базовом вынесенном приемном элементе электрических токов, образуя смесь базовых принятых сигналов, и по взаимным временным сдвигам между базовыми и соответствующими им основными принятыми сигналами судят об углах между направлениями поступления исходных сигналов [1].

Недостатком этого способа является недостаточно высокая разрешающая способность систем приема сигналов для однозначного определения направления поступления сигналов и недостаточно большое количество пространственных каналов для одновременного определения направлений поступления группы сигналов.

Известен способ приема сигналов, в соответствии с которым в смесь сигналов, поступающих с разных направлений на группу приемных элементов, вводят взаимные пространственные временные сдвиги посредством приема сигналов на приемных элементах с заданным взаимным расположением в пространстве, в принятые этими элементами сигналы вводят соответствующие взаимному расположению этих элементов временные задержки, компенсирующие для заданного направления поступления сигналов взаимные разности времени их поступления на приемные элементы. Полученные задержанные сигналы суммируют, ослабляя при этом не синфазно принятые сигналы по сравнению с синфазно принятыми, т.е. поступающими по заданному направлению приема сигналами. Технически этот известный способ реализуется, например, в фазированных антенных решетках [2].

Недостатком этого способа является сложность его технической реализации при большом количестве параллельных одновременно используемых, пространственных каналов, ввиду сложности систем установки взаимно согласованных компенсационных временных сдвигов и недостаточно высокая скорость съема и сопоставления информации о направлениях поступлений сигналов группы.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ приема сигналов, в соответствии с которым исходные сигналы, выраженные лучами электромагнитных волн, поступающими по соответствующим им направлениям на основной приемный элемент, на базовый вынесенный приемный элемент и на группу дополнительных вынесенных приемных элементов, суммируют в основном приемном элементе посредством одновременных возбуждений в нем этими лучами электрических токов, образуя смесь основных принятых сигналов, одновременно, в исходные сигналы вводят взаимные базовые пространственные временные сдвиги, соответствующие углам между направлениями поступления сигналов, и полученные сигналы суммируют в базовом вынесенном приемном элементе, расположенном на общей с основным приемным элементом заданной в пространстве основной базовой прямой линии и на заданном удалении от него, посредством запаздывающих возбуждений лучами электромагнитных волн в базовом вынесенном приемном элементе электрических токов, образуя смесь базовых принятых сигналов, в полученную смесь основных принятых сигналов одновременно вводят группу заданных частотных сдвигов, каждый из которых равен сумме заданного общего и соответствующего заданного дополнительного частотного сдвига, соответственно кратного заданному общему частотному шагу, из каждого полученного сигнала фильтруют группу парциальных сигналов в парциальных частотных диапазонах, более узких, чем общий частотный шаг, затем равноотстоящие по частоте от соответствующих введенных частотных сдвигов парциальные сигналы суммируют, получая соответствующие каждому заданному парциальному частотному диапазону последовательности начальных импульсов, являющихся суммами совпадающих во времени соответствующих исходным сигналам выходных импульсов [3].

Недостатком этого способа является недостаточно высокая точность и информативность при поступлении сигналов с разных направлений и в общем частотном диапазоне.

Целью предложенного технического решения является повышение точности и информативности систем при обработке сигналов, поступающих на приемные пункты системы с разных направлений и в общем частотном диапазоне, путем модуляционного расширения парциальных частей спектров принятых сигналов.

В соответствии с предложенным способом приема сигналов поставленная цель достигается тем, что исходные сигналы, выраженные лучами электромагнитных волн, поступающими по соответствующим им направлениям на основной приемный элемент, на базовый вынесенный приемный элемент и на группу дополнительных вынесенных приемных элементов, суммируют в основном приемном элементе посредством одновременных возбуждений в нем этими лучами электрических токов, образуя смесь основных принятых сигналов, одновременно, в исходные сигналы вводят взаимные базовые пространственные временные сдвиги, соответствующие углам между направлениями поступления сигналов, и полученные сигналы суммируют в базовом вынесенном приемном элементе, расположенном на общей с основным приемным элементом заданной в пространстве основной базовой прямой линии и на заданном удалении от него, посредством запаздывающих возбуждений лучами электромагнитных волн в базовом вынесенном приемном элементе электрических токов, образуя смесь базовых принятых сигналов, в полученную смесь основных принятых сигналов одновременно вводят группу заданных частотных сдвигов, каждый из которых равен сумме заданного общего и соответствующего заданного дополнительного частотного сдвига, соответственно кратного заданному общему частотному шагу, из каждого полученного сигнала фильтруют группу парциальных сигналов в парциальных частотных диапазонах, более узких, чем общий частотный шаг, затем равноотстоящие по частоте от соответствующих введенных частотных сдвигов парциальные сигналы суммируют, получая соответствующие каждому заданному парциальному частотному диапазону последовательности начальных импульсов, являющихся суммами совпадающих во времени соответствующих исходных сигналам выходных импульсов. Одновременно, в каждый исходный сигнал вводят группу взаимных дополнительных пространственных временных сдвигов, соответствующих углам между направлениями поступления сигналов, и полученные сигналы суммируют в группе дополнительных вынесенных приемных элементов, расположенных на общей с базовым приемным элементом заданной в пространстве дополнительной базовой прямой линии и с заданным пространственным общим шагом соответственно удаленных от него, посредством запаздывающих возбуждений лучами электромагнитных волн в дополнительных вынесенных приемных элементах электрических токов, образуя группу смесей дополнительных принятых сигналов, в полученную смесь базовых принятых сигналов вводят общий частотный сдвиг и в каждую полученную смесь дополнительных принятых сигналов вводят соответствующий частотный сдвиг, равный сумме заданного общего и соответствующего заданного дополнительного частотного сдвига, пропорционального введенным в сигналы этой смеси дополнительным пространственным временным сдвигам и соответственно кратного заданному общему частотному шагу, из каждого полученного сигнала фильтруют группу парциальных сигналов в парциальных частотных диапазонах, более узких, чем общий частотный шаг, затем равноотстоящие по частоте от соответствующих введенных частотных сдвигов парциальные сигналы суммируют, получая соответствующие каждому заданному парциальному частотному диапазону последовательности амплитудно-модулированных импульсов, образующих временной кадр не совпадающих во времени выходных импульсов, временным сдвигом которых относительно соответствующих начальных импульсов выражены углы между направлениями поступления исходных сигналов и дополнительной базовой линией, и частотой закона амплитудной модуляции которых выражены отклонения несущих частот исходных сигналов от величины введенного общего частотного сдвига.

В соответствии с предлагаемым способом в исходные сигналы, поступающие под взаимными углами на группу приемных пунктов, вводят соответственно кратные взаимные пространственно-временные и частотные сдвиги с шагами, пропорциональными этим взаимным углам, и полученные сигналы суммируют, вследствие чего формируется временной кадр группы импульсов, взаимными временными сдвигами которых выражены взаимные углы поступления исходных сигналов.

Информационные и неинформационные параметры сигналов определяются информационными и неинформационными (заданными) параметрами процессов в физических средах с заданными свойствами и параметрами, в частности:

- при введении в исходные сигналы взаимных пространственных временных сдвигов, заданных разностями расстояний и времен хода (запаздываний) лучей электромагнитных волн вдоль заданных линий и направлений на точки в пространстве, эти сигналы физически выражены лучами распространяющейся в пространстве электромагнитной волны с соответствующими параметрами - направлением поступления на приемные элементы (углами относительно заданных пространственных линий), напряженностью (амплитудой сигналов), несущей частотой, фазой, взаимными частотными, фазовыми и временными сдвигами, а также соответствующими законами модуляции этих параметров;

- при введении в принятые сигналы частотных сдвигов и суммировании сдвинутых по частоте сигналов после приемных элементов, физическими сигналами являются электрические токи и соответствующие им напряжения, возбуждаемые и присутствующие в соответствующих электрических цепях; параметрами этих токов и напряжений являются их амплитуда, несущая частота, фаза, взаимные частотные, фазовые и временные сдвиги, а также соответствующие законы модуляции этих параметров.

При описании примеров технической реализации предложенного способа приемный элемент и местоположение этого элемента в пространстве выражены общим понятием - приемный пункт, т.е. основному, базовому вынесенному и дополнительным вынесенным приемным элементам, например, антеннам, соответствуют основной, базовой вынесенный и дополнительные вынесенные приемные пункты.

Операция введения в сигналы частотного (и фазового) сдвига осуществляется посредством преобразования сигнала известными техническими средствами, например, смесителями частоты, при этом частоты (и фазы) всех спектральных компонентов сигнала изменяются на одинаковую величину этого частотного (и фазового) сдвига.

Сущность предложенного способа рассмотрим на примере работающего по этому способу устройства, блок-схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит блок 1 пространственно-базового приема сигналов, блок 2 введения частотных сдвигов, синтезатор 3 частот и блоки 4₁...4_L распределения сигналов по направлениям их поступления.

Блок пространствено-базового приема сигналов содержит антенны 5, 6, 7₁.. .7_N.

Блок введения частотных сдвигов содержит преобразователи 8₁...8_M, 9, 10₁...10_N частоты.

Каждый блок распределения сигналов по направлениям их поступления содержит фильтры 11₁...11_M, 12, 13₁...13_N, сумматоры 14 и 15 и импульсный коммутатор 16.

Блоки устройства соединены следующим образом.

Выход блока 5 соединен с объединенными сигнальными входами блоков 8₁... 8_M, и выходы блоков 6, 7₁...7_N соединены с сигнальными входами, соответственно, блоков 9, 10₁...10_N.

Опорные входы блоков 8₁...8_M, 9, 10₁...10_N соединены с соответствующими выходами блока 3.

Входы блоков 11₁...11_M, содержащихся в блоках 4₁...4_L, объединены соответственно их номерам и соединены с выходами соответствующих блоков 8₁...8_M, входы блоков 12, содержащихся в блоках 4₁...4_L, объединены и соединены с выходом блока 9, и входы блоков 13₁...13_N, содержащихся в блоках 4₁...4_L, объединены соответственно их номерам и соединены с выходами соответствующих блоков 10₁...10_N. Выходы блоков 11₁...11_M соединены с соответствующими входами блока 14, и выходы блоков 12, 13₁...13_N соединены с соответствующими входами блока 15. Выходы блоков 14 и 15 соединены, соответственно, с входом синхронизации и с сигнальным входом блока 16.

В качестве антенн, преобразователей частоты, фильтров и сумматоров используются соответствующие элементы и узлы приемных и передающих радиостанций [2, 4]. Синтезатор частот выполняется, например, по схеме синтезатора частот когерентных колебаний [5].

Импульсные коммутаторы выполнены на основе последовательно включенных элементов временного сдвига импульсов синхронизации (например, линий задержки) и ключевых схем, управляемых сдвинутыми во времени импульсами синхронизации [6].

Способ реализуется следующим образом.

Исходные сигналы поступают на пространственно разнесенные антенны 5, 6, 7. . . 7_N, расположенные, соответственно, на основном, базовом вынесенном и группе дополнительных вынесенных приемных пунктов. Базовый вынесенный приемный пункт расположен на общей с основным приемным пунктом заданной основной базовой прямой линии и на заданном базовом удалении от него. Дополнительные вынесенные приемные пункты группы находятся на общей с базовым вынесенным приемным пунктом заданной дополнительной базовой прямой линии, расположенной под заданным углом к основной базовой линии и соответственно удалены от него с заданном пространственным шагом. Эти 2 базовые линии (основная и дополнительная) в первом частотном примере (пример 1) совпадают в пространстве, т.е. угол между ними равен 0^o, и во втором частном примере (пример 2) - пересекаются под углом 90^o. Пример 1 соответствует описанию операций над поступающими сигналами, последовательности их выполнения и соотношениям параметров, отраженных в качестве существенных признаков формулы изобретения на заявленный "способ" обработки сигналов. Пример 2 иллюстрирует применение предложенного "способа" в двухбазовом пеленгаторе.

Исходные сигналы поступают на антенны с разных направлений и суммируются в каждой их этих антенн с соответствующими взаимными временными сдвигами, кратными заданному пространственному шагу.

Сигналы с выхода антенны 5 подаются на сигнальные входы преобразователей 8₁. ..8_M частоты сигнала основного приемного пункта, где в них вводится первая группа частотных сдвигов, кратных заданному частотному шагу (одновременно с общим понижением частоты сигналов, что соответствует условиям технической реализации предложенного способа).

Сигналы с выходов антенн 6, 7₁...7_N подаются, соответственно, на сигнальные входы преобразователя 9 частоты сигнала базового выносного приемного пункта и преобразователей 10₁...10_N частоты дополнительных выносных приемных пунктов, где в них вводится вторая группа частотных сдвигов, кратных заданному частотному шагу и пропорциональных введенным пространственным временным сдвигам (одновременно с общим понижением частоты сигналов).

Одновременно с введением в блоках 8₁...8_M, 9, 10₁...10_N кратных частотных сдвигов, в этих блоках вводятся сопутствующие их технической реализации аппаратурные общие частотные и фазовые сдвиги и сопутствующие аппаратурные кратные фазовые сдвиги.

В качестве опорных сигналов при введении частотных сдвигов используются когерентные гармонические напряжения соответствующих частот, формируемых в блоке 3 и подаваемых на опорные входы блоков 8₁...8_M, 9, 10₁...10_N.

Из сигналов с выходов блоков 8₁...8_M, 9, 10₁...10_N, соответственно, в фильтрах 11₁. ..11_M, 12, 13₁...13_N каждого из блоков 4₁...4_L, селектируются по частоте в парциальных частотных диапазонах с полосами пропускания, не превышающими шага вводимых частотных сдвигов, сигналы с соответственно медленно изменяющимися амплитудой и фазой.

В соответствии с вариантами использования устройства исходные сигналы имеют следующие характерные особенности:

- в радиолокационных многоканальных по направлению доплеровских системах используются исходные сигналы (компоненты исходных сигналов), имеющие ширину спектра меньше шага вводимых частотных сдвигов и при обработке таких сигналов используется один спектральный канал;

- в навигационных, импульсных радиолокационных, информационных и связных системах используются исходные сигналы, имеющие ширину спектра существенно больше шага вводимых частотных сдвигов и количество спектральных каналов существенно велико (например, 100).

Отфильтрованные сигналы с введенными кратными пространственными временными и частотными сдвигами с выходов блоков 111...11_M суммируют в блоке 14, сигналы с выходов блоков 12, 13₁...13_N суммируют в блоке 15, формируя тем самым (синтезируя) периодические амплитудно-модулированные импульсные последовательности, соответственно, синхронизирующих и информационных сигналов.

При поступлении на приемные пункты исходных сигналов под ненулевыми углами к нормали линии расположения дополнительных антенн, вводимые взаимные пространственные временные сдвиги сигналов не равны нулю, кратны для этих пунктов и соответствуют этим углам поступления. Соответственно, оказываются сдвинутыми во времени импульсные последовательности информационных сигналов на выходе блока 15 относительно импульсной последовательности синхронизирующих сигналов на выходе блока 14. По этим временным сдвигам определяются направления поступления исходных сигналов в общем информационном кадре. Использование относительного отсчета местоположения источника сигнала также исключает влияние на результат общей дальности источников сигналов до основного приемного пункта и влияние случайных и неслучайных аппаратурных (неинформационных) временных сдвигов этих импульсных последовательностей.

На чертеже приведен пример разделения выходных сигналов по аппаратурным каналам посредством использования внешнего устройства в виде импульсного коммутатора 16. Им осуществляется техническое разделение поступающих сигналов по направлению их поступления по находящимся в соответствующей позиции временного кадра синтезированных из этих сигналов импульсов [6] - синхронизирующий сигнал с выхода блока 14 (например, после предварительного детектирования) последовательно сдвигается на тактовые временные интервалы, соответствующие ширине синтезированных импульсов, и полученными импульсами сигналы с выхода блока 15 последовательно подаются коммутатором 16 на соответствующие выходы устройства (соответственно временным каналам кадра информационных импульсов).

Дальнейшие преобразования выходных сигналов в дополнительных внешних устройствах определяются вариантами использования предложенного способа и соответствующими этому использованию параметрами исходных сигналов. Примерами дополнительных внешних исполнительных устройств являются:

- измерители временных интервалов между синхронизирующим и соответствующими информационными импульсами;

- устройства восстановления каждого из исходных широкополосных сигналов сложением отфильтрованных из соответствующих выходных импульсных последовательностей парциальных сигналов;

- устройства выделения огибающей соответствующей выходной импульсной последовательности и измерения средней частоты этой огибающей.

Предложенный способ основывается на использовании принципа синтеза группы импульсов в заданном информационном кадре, из смеси сигналов со спектрами в группе заданных парциальных частотных диапазонов, путем введения в эти парциальные спектры группы кратных общим шагам пространственных временных, частотных и фазовых сдвигов и суммирования полученных сигналов. При этом сигналы, поступающие с разных направлений (по разным пространственным каналам) на базовый вынесенный и на группу N дополнительных вынесенных приемных пунктов представляются в виде временного кадра информационных импульсов, разнесенных по временным каналам, задаваемым синхронизирующим импульсом, синтезированным из исходных сигналов на основном приемном пункте без введения кратных пространственных временных сдвигов, только с использованием введения в исходные сигналы M кратных общему шагу частотных сдвигов и суммирования полученных сигналов.

Поясним принцип предложенного способа на примерах.

Пример 1.

На систему, состоящую из основного, базового вынесенного и N дополнительных вынесенных приемных пунктов, расположенных на общей заданной в пространстве прямой линии (основная базовая прямая линия и дополнительная базовая прямая линия совмещены); базовый вынесенный приемный пункт удален от основного приемного пункта на расстояние g; N дополнительных вынесенных приемных пунктов удалены от базового вынесенного приемного пункта на расстояния, соответственно,

ng = n_i(g/_i) = n_ir_i, n = 1...N, i = 1..I,

n - номер дополнительного вынесенного пункта (в аналитических выражениях для базового вынесенного приемного пункта принимаем n = 0),

g - заданный пространственный шаг линейки дополнительных вынесенных приемных пунктов,

_i - длина волны i-го исходного сигнала в пределах

_{i min} < _i < _{i max},

r_i = g/_i - коэффициент "уменьшения электрической длины линейки" для i-го сигнала,

поступают исходные сигналы s_iисх(t), i = 1...I с соответствующих им направлений в секторе -90^o...+90^o от нормали к линии расположения дополнительных вынесенных приемных пунктов, образуя на n-м приемном пункте:



f_ic(t) - несущая частота сигнала,

A_ic(t), _ic(t) - законы амплитудной и фазовой модуляции исходных сигналов на основном приемном пункте, соответствующие ширине их спектра df_ic,

_ibo, _ib, n_ib - общий, базовый и дополнительные пространственные фазовые сдвиги, соответствующие вводимым пространственным временным сдвигам (общему - от источника сигнала до основного вынесенного приемного пункта, базовому и дополнительным - разностям хода лучей до основного приемного пункта и, соответственно, до базового вынесенного приемного пункта и до дополнительных вынесенных приемных пунктов, _ib - шаг вводимых пространственных фазовых сдвигов).

В сигналы на основном и на базовом вынесенном приемных пунктах вводят общий частотный сдвиг f_o и на дополнительных вынесенных приемных пунктах вводят, соответственно, частотные сдвиги f_o+nF, где F - частотный шаг, отвечающий условию F>df_ic для всех i = 1..I.

Одновременно, в эти же сигналы вводятся сопутствующие технической реализации аппаратурный общий _ao и аппаратурные дополнительные фазовые сдвиги n_a, _a - аппаратурный фазовый шаг, после чего полученные сигналы на базовом и дополнительных вынесенных приемных пунктах суммируют, образуя выходные сигналы s_iz(t):



которые в импульсной форме записи имеют вид s_izи(t) [7]:



f_iмР=[(f_ic-f_o-k_бцiF),



Р_iимп(t) - огибающая синтезированного импульса (для N-1)/2 гармоник в области видеочастот),

T_ib - информационный временной сдвиг синтезированного импульса, соответствующий углу поступления i-го сигнала,

T_а - аппаратурный временной сдвиг, одинаковый для всех поступающих сигналов,

k_бцi - ближайшее целое число к (f_ic-f_o)/F.

Результирующий (суммарный) сигнал представляет собой последовательность амплитудно-модулированных радиоимпульсов P_iимп(t) на несущей частоте f_ic-f_o-(N-1)F/2, с введенным временным сдвигом T_ib+T_а, периодом повторения T_ц=1/F и с длительностью синтезированных импульсов T_и=2/((N-1)F).

Преобразования смеси исходных сигналов осуществляются с использованием операций, обеспечивающих независимое преобразование этих сигналов, вследствие чего выходной сигнал имеет вид суммы последовательностей импульсов со своими временными сдвигами T_ib, распределенных в пределах T_ц в соответствии с их пространственными фазовыми шагами _ib, определяемыми пространственными временными шагами для соответствующих направлений поступления сигналов на приемные пункты.

Отметим особенности выходных сигналов в этом примере:

1. Амплитудная модуляция синтезированных радиоимпульсов Р_iимп(t) является произведением двух модулирующих сигналов:

- случайного (хаотического) сигнала, соответствующего амплитудным и фазовым модуляциям A_ic(t) и _ic(t) исходных сигналов;

- гармонического сигнала с частотой, соответствующей отклонению средней частоты f_ic-f_o-(N-1)F/2 синтезированного радиоимпульса от ближайшей целой величины (k_бцiF).

Спектры этих модулирующих сигналов имеют существенно разные средние частоты и существенно разную ширину, благодаря чему по частоте гармонической амплитудной модуляции синтезированных импульсов измеряется отклонение несущей частоты f_ic исходного сигнала от частоты вводимого общего f_o частотного сдвига (в частности, доплеровская частота).

2. При расстоянии между соседними пунктами, составляющем (g/_i) < 1, часть длины волны исходного сигнала, общему количеству пространственных каналов в секторе -90^o. . . +90^o от нормали к линии вынесенных пунктов соответствует g/_i часть кадра T_ц и, соответственно, меньшее количество разрешаемых временных каналов (часть временных каналов в пределах цикла остается незаполненной) - т. е. при уменьшении в g/_i раз размера пространственного шага расположения дополнительных вынесенных приемных пунктов (и соответствующего уменьшения размеров антенной системы) в g/_i раз уменьшается разрешающая способность системы. Свободные временные каналы кадра используются для передачи дополнительной служебной информации.

В этом примере в сигналы на основном приемном пункте в то же время одновременно вводят M частотных сдвигов, равных сумме общего f_o и соответствующего дополнительного mF, m=1...M, M>N, частотного сдвига, и сопутствующие им при технической реализации аппаратурный общий _ao и соответствующие аппаратурные дополнительные фазовые сдвиги m_a и полученные сигналы суммируют. Поскольку в сигналы на основном приемном пункте не вводятся взаимные пространственные временные сдвиги, то _ib = 0 и T_ib=0 для всех i, i=1..I, т. е. все сигналы находятся в одном временном канале кадра, соответствующем начальному каналу кадра системы, использующей базовый вынесенный и N дополнительных вынесенных приемных пунктов. Вследствие этого выходная импульсная последовательность на основном приемном пункте является синхронизирующей для информационного кадра, образованного выходными импульсными последовательностями на базовом и дополнительных вынесенных приемных пунктах.

В примере 1 основной приемный пункт используется лишь для формирования синхроимпульсов для разделения (разрешения) информационных импульсов кадра по направлениям поступления соответствующих им сигналов. Поэтому местоположение в пространстве основного приемного пункта определяется, исходя из удобства решения практических задач, например в качестве одного из группы внешних источников сигналов используется источник синхросигнала, сигналы которого поступают только на основной приемный пункт по волноводу, без использования на этом пункте антенны. Сигналы остальных внешних источников в этом варианте поступают лишь на антенны базового вынесенного и дополнительных вынесенных приемных пунктов.

Пример 2

При приеме группы существенно широкополосных (импульсных) сигналов по соответствующим пространственным и временным каналам для решения навигационной задачи - определения местоположения источников этих сигналов, а также для измерения доплеровской частоты парциальных компонентов этих сигналов, используется двухбазовое расположение приемных пунктов - основной и базовый вынесенный приемные пункты располагаются на заданной основной базовой прямой линии, а N дополнительных и тот же базовый вынесенные приемные пункты располагаются на заданной дополнительной базовой прямой линии, пересекающейся с основной базовой прямой линией в точке расположения базового вынесенного приемного пункта (например, под прямым углом). Заданный шаг удаления дополнительных вынесенных приемных пунктов от базового вынесенного приемного пункта равен длине волны, заданное расстояние H между основным и базовым вынесенным приемными пунктами определяется, например, как H > 10N_{i max}. В этом же примере рассмотрим случай, когда осуществляется многоканальная по частоте обработка сигналов в парциальных частотных диапазонах df_пар. Для обеспечения выполнения условия df_пар<F, обработка сигналов осуществляется параллельно в группе из L спектральных каналов, L>(df_ic/df_пар), df_ic - ширина спектра i-го исходного сигнала.

В примере 2 на основном приемном пункте в смеси исходных сигналов вводят частотные сдвиги f_o+(m-1)F, m=1...M, и каждый полученный сигнал фильтруют в L парциальных частотных диапазонах. Полученные парциальные сигналы суммируют по m для каждого из этих парциальных частотных диапазонов, образуя группу синхронизирующих импульсных последовательностей.

Одновременно, на базовом вынесенном и N дополнительных вынесенных приемных пунктах в смеси исходных сигналов вводят частотные сдвиги f_o+nF, n=0. . . N, и каждый полученный сигнал также фильтруют в L парциальных частотных диапазонах, после чего их суммируют по n для каждого из этих парциальных частотных диапазонов (на базовом вынесенном и дополнительных вынесенных приемных пунктах), образуя группу информационных амплитудно-модулированных импульсных последовательностей, импульсы которых распределены в соответствующих временных кадрах.

Особенностями информационных выходных сигналов является:

1. Выходные сигналы образуют двумерную группу:

- соответственно направлениям поступления исходных сигналов,

- соответственно парциальным спектрам исходных сигналов.

2. Получение широкополосных выходных сигналов, распределенных по направлению их поступления, из выходных импульсных последовательностей осуществляется во внешних устройствах, например, фильтрациями из выходных импульсных последовательностей соответствующих парциальных сигналов с последующим их сложением.

3. В системах, соответствующих примеру 2, сигналы, поступающие на основной приемный пункт, используются:

- для формирования синхроимпульсов, обеспечивающих разделение (разрешение) информационных импульсов кадра по направлениям поступления соответствующих им сигналов,

- для определения местоположения источника сигналов двухбазовым определением двух линий положения этих источников при заданном (фиксированном) удалении основного приемного пункта от дополнительной базовой линии и от базового вынесенного приемного пункта благодаря тому, что системой, состоящей из основного и вынесенного базового приемных пунктов, осуществляется получение еще одной линии положения того же источника известными способами (например, [1]).

Техническая эффективность предложенного способа заключается в следующем:

1. По сравнению с прототипом в N раз, N>100, увеличивается количество пространственных каналов одновременного приема сигналов (повышается информативность систем приема сигналов) и точность разделения и измерения направления поступления сигналов на приемные пункты.

2. Получение информации о направлениях поступления всех сигналов существенно проще по сравнению с аналогами, т.к. не требуется текущих подстроек и корректировок СВЧ-цепей для каждого направления поступления сигналов в заданном секторе обзора пространства - обработка принятых сигналов осуществляется одновременно (параллельно), в общих цепях (эквивалентно одноканальным системам) и в реальном времени - в группе информационных кадров (используется модуляционное расширение спектров сигналов).

3. В доплеровских системах одновременно и одноканально (в одной последовательности кадров) осуществляется измерение направлений поступлений всех сигналов (и их разрешение по направлению поступления), уровня этих сигналов и их доплеровских частот (без использования фильтров доплеровских частот и остронаправленного приема сигнала), что существенно упрощает эти доплеровские системы.

4. При приеме сигналов по предложенному способу отделяются и подавляются паразитные сигналы, распространяющиеся по неосновным путям и вызывающие замирание сигналов в пунктах их приема (паразитные сигналы оказываются в боковых временных каналах кадра выходных импульсов), т.е. осуществляется защита системы от фединга сигналов [8].

5. При использовании принципиально ненаправленных излучения и приема сигналов (например, в радиовысотомерах [9] ), использование предложенного способа защищает систему от паразитных отражений и переотражений сигналов от местных неровностей, построек и объектов (паразитные сигналы оказываются в боковых временных каналах кадра выходных импульсов).

6. При многолучевом приеме сигналов (например, в системах подповерхностной радиолокации [10] ), использование предложенного способа защищает систему от паразитных сигналов по неосновным путям распространения зондирующего сигнала (паразитные сигналы оказываются в боковых временных каналах кадра выходных импульсов).

Экономическая эффективность предложенного способа заключается в следующем:

1. При приеме сигналов с разных направлений на приемные устройства по предложенному способу снижается стоимость соответственно числу пространственных каналов N, N>100, систем обработки сигналов по сравнению с прототипом и аналогами.

2. Благодаря совмещению в одной системе, работающей по предложенному способу, функций информационного устройства (или радиолокатора), пеленгатора и доплеровского измерителя скорости, втрое снижается стоимость и уменьшаются массогабаритные параметры системы обработки сигналов.

Техническая эффективность предложенного способа подтверждена моделированием на ЦВМ сигналов и систем их обработки и аналоговым макетированием и испытанием в диапазоне коротких волн и промежуточных частот основных принципов технической реализации предложенного способа:

1. При моделировании на ЦВМ исследовалась работа 100-канального синтезатора импульсных сигналов из исходного гармонического сигнала:

- формирование группы гармонических сигналов с кратными частотами,

- введение кратных фазовых сдвигов, имитирующих пространственные временные сдвиги для группы сигналов, поступающих на приемные пункты с разных направлений,

- суммирование полученных сигналов с кратными частотными и фазовыми сдвигами, синтезируя тем самым импульсы информационного кадра во временных каналах, соответствующих группе исходных сигналов.

2. Аналоговое макетирование устройства по предложенному способу осуществлено для сигнала на частоте 29 МГц с использованием синтезатора когерентных сигналов опорных частот сдвига 17...25 МГц (9 частотных каналов, шаг частотных сдвигов 1 МГц), 9-ти преобразователей частоты для переноса спектра сигнала на разностные с опорными частоты, соответственно, 12...4 МГц. При макетировании были получены (синтезированы) амплитудно-модулированные последовательности импульсов длительностью 0,2 мкс и периодом повторения 1 мкс. Период амплитудной модуляции импульсной последовательности устанавливается соответствующим изменением частоты исходного сигнала в пределах 28,5...29,5 МГц.

При перестройке несущей частоты исходного сигнала в пределах 28,5...29,5 МГц, имитирующей доплеровский сдвиг частоты исходного сигнала, возникала гармоническая амплитудная модуляция синтезированных импульсов и частота этой гармонической амплитудной модуляции соответствовала величине перестройки несущей частоты исходного сигнала.

Источники информации

1. Лутченко А. Е. Когерентный прием радионавигационных сигналов. - М.: Сов.радио, 1973, с. 6 - 7.

2. Справочник по радиолокации. Том 2. Радиолокационные антенные устройства. /Под ред. М. Сколника / Пер. с англ. под ред. К.Н.Трофимова. - М.: Сов.радио, 1977, с. 150 - 151.

3. Шишков В. А. Линейная и нелинейная корреляционная обработка узкополосных процессов с использованием рециркуляторов. /В кн. "Вопросы микроэлектроники и нелинейные узкополосные системы". - М.: Изд-во МАИ, 1978, с. 69 - 74 (прототип).

4. Справочник по радиорелейной связи. /Под ред. С.В.Бородича. - М.: Радио и связь, 1981, с. 71 - 152.

5. Рыжков А. В. Синтезаторы частот в технике радиосвязи. - М.: Радио и связь, 1991, с. 196 - 202.

6. Ильин В. А. Телеуправление и телеизмерение. - М.: Энергия, 1974, с. 304 - 306, 323 - 324.

7. Свистов В.М. Радиолокационные сигналы и их обработка. - М.: Сов. радио, 1977, с. 305 - 307.

8. Багдади Е.Дж. Разнесенный прием. /В кн. "Лекции по теории систем связи". /Под ред. Е.Дж.Багдади /Пер. с англ. под ред. Б.Р.Левина. - М.: Мир, 1964, с. 79 - 132.

9. Сосновский А.А., Хаймович И.А. Авиационная радионавигация. Справочник. - М.: Транспорт, 1980, с. 200 - 218.

10. Финкельштейн М.И. и др. Подповерхностная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1994, 216 с.